本书简介了航天器的分类及主要航天器类型，给出了挠性航天器的定义和相关概念，综述了作为航天器典型挠性结构的太阳能电池翼的主要类型，归纳了挠性航天器结构动力学相关问题。在此基础上，以航天器太阳能电池翼为对象，系统地研究了挠性航天器结构动力学的一般问题及特殊问题，包括：一般矩形结构太阳能帆板结构动力学特性分析，圆形结构太阳能帆板力学特性分析，框架式太阳能帆板结构的应变模态特性分析，挠性航天器刚柔耦合动力学分析，挠性航天器太阳能帆板多体结构动力学特性分析，半刚性太阳能电池翼结构动力学特性分析，太阳能帆板非线性结构动力学特性分析，挠性航天器轨道运动与帆板振动的耦合动力学分析。
本书旨在为挠性航天器结构动力学问题的研究奠定一般性的理论基础，提供各种不同的解决思路，给出具体多样的分析方法。通过理论推导及数值仿真给出挠性航天器结构动力学特性和规律，所得到的一些结果和结论为挠性航天器姿态控制系统设计、航天器挠性结构设计以及挠性结构的振动控制设计提供了一定的参考。本书建立的理论模型、提出的分析方法和采用的一些解题技巧和手段也可作为求解其他挠性结构和一般结构动力学问题的参考。
本书可作为高等院校相关专业研究生以及航天领域相关科研人员的参考书。
样章试读
目录
- 前言
第1章 绪论
1.1 航天器简介
1.1.1 航天器的分类
1.1.2 卫星
1.1.3 空间探测器
1.1.4 无人货运飞船
1.1.5 载人航天器
1.2 挠性航天器的概念
1.2.1 相关概念定义
1.2.2 刚性航天器与挠性航天器
1.3 太阳能电池片、太阳能电池阵、太阳能电池阵结构
1.3.1 航天器能源
1.3.2 太阳能电池片
1.3.3 太阳能电池阵
1.3.4 太阳能电池阵结构的概念
1.3.5 贴身式太阳能电池阵结构
1.3.6 对称式太阳能电池帆板
1.3.7 非对称式太阳能电池翼
1.3.8 组合式太阳能电池翼
1.3.9 新型太阳能电池阵结构
1.4 挠性航天器结构动力学问题
1.4.1 挠性航天器典型事故及事故分析
1.4.2 结构的特殊性带来的问题
1.4.3 太空环境的特殊性带来的问题
1.4.4 航天器运动干扰带来的问题
1.4.5 面临的挑战
1.4.6 挠性航天器结构动力学分析相关问题
1.5 本书焦点
1.5.1 研究对象
1.5.2 研究任务
参考文献
第2章 挠性航天器太阳能电池翼构型分析及其简化模型
2.1 引言
2.2 太阳能电池翼构型分析
2.2.1 太阳能电池翼主要的结构形状
2.2.2 太阳能电池翼结构的共性
2.2.3 太阳能电池翼结构的个性
2.2.4 太阳能电池翼连接部件的结构特点分析
2.3 太阳能电池翼结构的类型
2.3.1 分类原则
2.3.2 挠性系数
2.3.3 挠性定义
2.3.4 挠性帆板的分类
2.4 常用太阳能电池翼结构的简化模型
2.4.1 悬臂梁模型
2.4.2 悬臂板模型
2.4.3 刚柔耦合模型
2.4.4 带刚性边框的挠性帆板模型
2.4.5 半刚性电池翼模型
2.4.6 帆板部件模型
2.5 小结
第3章 挠性结构相关力学基本问题及基础理论
3.1 引言
3.2 固体力学的基本概念
3.2.1 强度问题
3.2.2 刚度问题
3.2.3 稳定性问题
3.2.4 本构关系
3.2.5 边界条件
3.3 固体力学基本方程
3.3.1 平衡方程
3.3.2 几何方程
3.3.3 物理方程
3.3.4 弹性力学基本方程的矩阵表示
3.4 结构动力学的基本理论
3.4.1 结构的动力学特性
3.4.2 结构动力学基本方程
3.4.3 结构动力学特征值问题——微分方程的齐次解
3.4.4 结构动力学动力响应问题——微分方程的非齐次解
3.5 求解固体力学问题的有限单元法基本理论与方法
3.5.1 有限元法的基本思路
3.5.2 单元的位移、应变与应力
3.5.3 刚度矩阵、质量矩阵、结点力向量
3.5.4 有限元推导结构动力学方程的基本思路
3.6 结构动力学系统的基本特性
3.6.1 固有频率与固有模态的特性
3.6.2 展开定理
3.6.3 特征值的有序性
3.6.4 特征值的隔离定理
参考文献
第4章 太阳能电池翼基本构件和单元的结构动力学模型
4.1 引言
4.2 常见基本构件的结构动力学解析模型
4.2.1 弦的振动
4.2.2 薄膜的振动
4.2.3 薄板的振动
4.2.4 计算板横向振动的近似方法
4.2.5 圆板的横向振动
4.2.6 杆的纵向振动
4.2.7 杆的扭转振动
4.2.8 杆的横向振动
4.3 常见基本构件的结构动力学有限元模型
4.3.1 纵向振动杆单元
4.3.2 横向振动梁单元
4.3.3 扭转振动杆单元
4.3.4 空间梁单元
4.3.5 板单元
4.3.6 连接单元
参考文献
第5章 一般矩形结构太阳能帆板结构动力学特性分析
5.1 引言
5.2 矩形太阳能帆板结构特点分析
5.3 矩形帆板模态分析的数学模型
5.3.1 解析模型
5.3.2 半解析模型
5.3.3 有限元模型
5.4 太阳能帆板展开状态整体有限元模型
5.4.1 帆板结构展开状态
5.4.2 帆板展开状态有限元模型
5.4.3 基板连接件连续条件处理
5.4.4 帆板部件的有限元模型
5.4.5 部件单元的有限元划分
5.5 数值计算及结果分析
5.5.1 基板模态
5.5.2 连接结构对结构系统动力学特性的影响
5.5.3 基板刚度和偏心对结构系统动力学特性的影响
5.5.4 基板振型图
5.5.5 结果分析
5.6 小结
参考文献
第6章 圆形太阳能帆板力学特性分析
6.1 引言
6.2 模型简化
6.2.1 物理模型
6.2.2 基本假设
6.2.3 构型分析及模型简化
6.2.4 圆形帆板的参数分析
6.3 数学模型
6.4 静力学问题数值仿真分析
6.4.1 有限元离散
6.4.2 薄膜单元、各向同性、有张力展开状态线性静力学分析
6.4.3 薄膜单元、正交异性、有张力展开状态静力学计算
6.4.4 薄膜单元、各向同性、温度载荷下的静力学计算
6.4.5 薄膜单元、正交异性、温度载荷下的静力学计算
6.4.6 薄板单元、各向同性、有张力展开状态非线性静力学分析
6.5 帆板屈曲前的动力学特性分析
6.5.1 有限元模型
6.5.2 各向同性薄膜帆板的非线性动力学特性分析
6.5.3 正交异性薄膜帆板的特征值分析
6.5.4 薄膜厚度和温度载荷对非线性动力学特性的影响
6.5.5 非线性薄膜模型与非线性薄板模型的动力学特性比较
6.5.6 线性薄板模型与非线性薄板模型的动力学特性比较
6.5.7 帆板边数对频率和振型的影响
6.6 帆板屈曲后的动力学特性分析
6.6.1 分析方法一
6.6.2 分析方法二
6.7 小结
参考文献
第7章 框架式太阳能帆板结构的应变模态特性分析
7.1 引言
7.2 动力学基本方程
7.2.1 简化模型
7.2.2 结构上一点的运动方程
7.2.3 板式结构振动的动力学基本方程
7.2.4 板式结构有限元模型
7.3 结构的应变模态
7.4 基于板式模型的太阳能帆板应变模态分析
7.4.1 仿真模型设计
7.4.2 板式模型的动力学特性仿真
7.4.3 仿真结果分析
7.5 周边为刚架的框架式太阳能帆板应变模态分析
7.5.1 周边刚架模型仿真参数设计
7.5.2 周边刚架式太阳能帆板仿真
7.5.3 仿真结果分析
7.6 具有“工字形”刚架的框架式太阳能帆板应变模态分析
7.6.1 “工字形”刚架模型仿真参数设计
7.6.2 “工字形”刚架式太阳能帆板仿真
7.6.3 仿真结果分析
7.7 周边为刚架的框架式太阳能帆板动力响应分析
7.7.1 干扰力载荷作用点与动力响应点位置想定
7.7.2 冲击载荷作用下的位移响应
7.7.3 简谐干扰力作用下帆板的动力响应
7.7.4 结果分析
7.8 小结
参考文献
第8章 挠性航天器刚柔耦合动力学分析
8.1 引言
8.2 刚柔耦合系统动力学基本问题
8.2.1 Kane动力学模型
8.2.2 挠性结构的运动变形
8.2.3 动力刚化现象
8.3 航天器-梁式挠性结构系统刚柔耦合动力学分析
8.3.1 挠性航天器梁式简化模型
8.3.2 刚柔耦合系统的运动学模型
8.3.3 结构动力学系统有限元模型
8.3.4 Kane动力学模型仿真分析
8.3.5 有限元动力学模型仿真分析
8.3.6 挠性航天器耦合运动数值仿真分析
8.4 航天器-板式挠性结构系统刚柔耦合动力学分析
8.4.1 挠性航天器板式简化模型
8.4.2 基于Kane方程动力学模型
8.4.3 板式结构系统的有限元模型
8.4.4 板模型Kane动力学模型仿真分析
8.4.5 板模型有限元动力学模型仿真分析
8.5 挠性航天器在轨飞行中的刚柔耦合动力学分析
8.5.1 刚柔耦合动力学建模
8.5.2 挠性航天器刚柔耦合运动仿真分析
8.6 小结
参考文献
第9章 挠性航天器太阳能帆板多体结构动力学分析
9.1 引言
9.2 多体结构动力学基本理论
9.2.1 多杆模型
9.2.2 多梁模型
9.3 航天器太阳能帆板多体结构动力学模型
9.3.1 简化模型
9.3.2 单块帆板的动力学方程
9.3.3 连接结构的动力学模型
9.3.4 两块板连接而成的太阳能帆板的弯曲
9.4 太阳能帆板结构的特征问题分析
9.4.1 由单块悬臂板组成的太阳能帆板的振动
9.4.2 由多板连接组成的太阳能帆板的振动
9.5 太阳能帆板多板结构的动力学分析
9.5.1 各向同性方形悬臂板
9.5.2 两块板连接而成的太阳能帆板多体结构动力学分析
9.5.3 3块板连接而成的太阳能帆板多体结构动力学分析
9.6 含连接支架的太阳能帆板多体结构整体动力学分析
9.6.1 结构特点分析
9.6.2 数学模型
9.6.3 太阳能帆板多体结构的整体动力学特性分析
9.7 小结
参考文献
第10章 半刚性太阳能电池翼结构动力学特性分析
10.1 引言
10.2 半刚性太阳能电池翼的物理模型
10.3 半刚性太阳能电池翼整体动力学模型及特性分析
10.3.1 整体简化模型
10.3.2 匀直悬臂梁模型动力学特性分析
10.3.3 分段梁模型动力学特性分析
10.3.4 “匀直+匀直”双梁模型动力学特性分析
10.3.5 “分段+匀直”双梁模型动力学特性分析
10.3.6 端部带集中质量块的悬臂梁模型动力学特性分析
10.4 半刚性太阳能电池翼的有限元模型
10.4.1 连接刚度建模
10.4.2 挠性基板建模
10.4.3 太阳能电池片建模
10.4.4 主伸展桁架有限元模型
10.4.5 太阳能电池翼整板有限元模型
10.5 单板力学特性分析
10.5.1 单块帆板的静力学特性分析
10.5.2 单块帆板的模态分析
10.5.3 张力对帆板固有频率的影响
10.6 主展开桁架力学特性分析
10.6.1 主展开桁架的静力学特性分析
10.6.2 主展开桁架的模态分析
10.7 半刚性太阳能电池翼整体力学特性分析
10.7.1 半刚性太阳能电池翼整体结构静力学特性分析
10.7.2 半刚性太阳能电池翼整体结构模态分析
10.8 小结
参考文献
第11章 太阳能帆板非线性结构动力学特性分析
11.1 引言
11.2 挠性航天器结构系统的一般模型
11.2.1 航天器?帆板结构系统
11.2.2 挠性航天器部件模型
11.3 大挠性太阳能帆板的非线性梁模型
11.3.1 大挠性几何非线性梁变形场描述
11.3.2 大挠性几何非线性梁模型的动力学方程
11.4 大挠性太阳能帆板的非线性板模型
11.4.1 几何非线性板变形场描述
11.4.2 有限元离散
11.4.3 运动学分析
11.4.4 动力学方程
11.5 太阳能帆板非线性振动仿真分析
11.5.1 结构模型
11.5.2 动力学方程的建立
11.5.3 数值仿真
11.6 小结
参考文献
第12章 挠性航天器轨道运动与帆板振动的耦合动力学分析
12.1 引言
12.2 航天器在轨飞行运动学特性分析
12.2.1 轨道运动与姿态运动
12.2.2 研究模型
12.3 载荷分析
12.3.1 坐标系描述
12.3.2 作用在航天器本体上的载荷
12.3.3 作用在太阳能帆板上的载荷
12.4 轨道飞行运动参数对太阳能帆板静变形的影响分析
12.4.1 基本假设
12.4.2 航天器的运动方程
12.4.3 太阳能帆板的静变形方程
12.4.4 轨道飞行引起的太阳翼帆板静变形仿真分析
12.5 轨道飞行对太阳能帆板振动特性影响分析
12.5.1 平面曲梁的有限元动力学方程
12.5.2 太阳能帆板曲梁模型的仿真分析
12.6 小结
参考文献
京公网安备 11010102004214号